JP4326476B2 - ベーパガソリン回収装置、及び回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、気化したガソリン（以下ベーパガソリンと呼ぶ）を回収するための装置、及び方法に関するものである。

車のガソリンタンク内部では、ガソリンが使用され少量になると、下部にガソリン液が存在し、その上部に気化したガソリンが飽和状態で存在する状況になる。従って、ガソリンスタンドでガソリンを給油する際、ガソリンタンクとほぼ同容量のベーパガソリンが追い出され、大気中に放出されてしまう。
しかし、車のガソリンタンク内に存在していたベーパガソリンをそのまま大気へ放出することは、光化学スモッグの主原因とされ、人体に悪影響を及ぼすという問題がある。
この対策として、特開昭５１−３４２０９号公報には、炭素数１〜４の炭化水素ガスの少なくとも１種をベーパガソリンに混合した後、この混合ガスを４ｋｇｆ／ｃｍ^２まで圧縮機で圧縮し、その後に冷却器で冷却することで回収する方式が開示されている。
この特開昭５１−３４２０９号公報に示すガソリン回収装置では、安全性確保の観点から炭化水素ガスをベーパガソリンに混合している。しかし、この炭化水素ガス自体も可燃性であり、炭化水素ガスに対する安全対策を施す必要があった。また、回収したガソリンには炭化水素が混入しているのでガソリンの品質が低下しており、そのまま再使用することが難しいという問題があった。さらに、４ｋｇｆ／ｃｍ^２までベーパガソリンを加圧するには、大きな圧縮機が必要となり、コストアップにつながるという問題があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、小型で簡単な装置でなおかつ安全で効率良くガソリンを回収でき、さらに、回収したガソリンを再使用することができる安価な装置、方法を提供することを目的としている。
そして、この発明のベーパガソリン回収装置は、車のガソリンタンク内に滞留するベーパガソリンを吸込み、吸込んだベーパガソリンを循環させる循環回路を備え、この循環回路は、ベーパガソリンを冷却する冷却媒体を有するガソリン凝縮容器と、配管とを少なくとも用いて形成されたものとした。

第１図は、ガソリン回収方法を示すフローチャートである。
第２図は、実施の形態１のガソリン回収装置の構成図である。
第３図は、ブライン温度とガソリン回収率との関係を示す図である。
第４図は、ベーパガソリン凝縮容器の別の構成を示す構成図である。
第５図は、実施の形態２のガソリン回収装置の構成図である。
第６図は、循環ユニット内圧力とガソリン回収量との関係を示す図である。
第７図は、実施の形態３のガソリン回収装置の構成図である。
第８図は、運転時間とガソリン回収量との関係を示す図である。
第９図は、運転時間と循環ユニット内圧力との関係を示す図である。
第１０図は、実施の形態３のガソリン回収方法を示すフローチャートである。
第１１図は、実施の形態４のガソリン回収方法を示すフローチャートである。
第１２図は、実施の形態４のガソリン回収装置の構成図である。
第１３図は、実施の形態５のガソリン回収装置の構成図である。

実施の形態１．
本発明のガソリン回収では、大きく分けて三つの工程でガソリンを回収する。第１図は、その工程を示すフローチャートである。
第１図では、まず、ガソリンスタンドで車にガソリンを給油する際、ガソリンタンクの下部には液体のガソリン、その上部には飽和のベーパガソリンが存在しているので、ガソリンタンクに存在しているベーパガソリンをガソリンの給油と同時に吸引して、ガソリン回収装置内に送り込み、回収装置内の圧力を上昇させて、ベーパガソリンが凝縮しやすい状態を作り出す吸引工程を行なう（ステップ（以下、「Ｓ」とする）１）。
次に、ガソリン回収装置内に吸引したベーパガソリンを、回収装置内で循環させて液化する、具体的には、ガソリン回収装置内の冷却媒体とベーパガソリンとを熱交換させることでベーパガソリンを冷却し、凝縮・液化したガソリンと気体のベーパガソリンとを分離した後、気体のベーパガソリンは、再度冷却媒体と熱交換させて冷却させることを繰り返し、回収したベーパガソリンを液体のガソリンにする凝縮工程を行なう（Ｓ２）。
次に、ガソリン回収装置内でのベーパガソリンの循環を停止させ、液化したガソリンをガソリン回収タンクに排出する排出工程を行なう（Ｓ３）。
次に、実施の形態１におけるガソリン回収装置の構成を第２図に基づき説明する。
第２図中、ガソリン回収装置は、熱源ユニット１と循環ユニット２とで主に構成される。また、熱源ユニット１は、圧縮機３と、凝縮器４と、絞り装置５と、蒸発器６とを配管接続させた第１の閉回路と、蒸発器６を収容したタンク７と、ポンプ８と、ガソリン凝縮器９とを配管接続させた第２の閉回路とを有している。なお、第１の閉回路内には冷媒が流動しており、この冷媒として、可燃性の無いＨＦＣ冷媒（例えばＲ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等）や自然冷媒（例えばＣＯ_２等）が用いられている。また、第２の閉回路内には不凍液（例えば、ブライン（エチレングリコール））が循環している。なお、０℃以上でベーパガソリンを凝縮させる時は水を用いても良い。
循環ユニット２は、循環ポンプ１０と、容器１１と、ガソリン凝縮器９を収容したベーパガソリン凝縮容器１２と、第２開閉弁１４とを配管接続させた循環回路を有し、さらに、ガソリンタンク内に挿入され、ベーパガソリンを吸引するベーバガソリン回収用ホースと循環回路を接続する配管に設けられた第１開閉弁１３と、ベーパガソリン凝縮容器１２の下部と、ガソリンスタンドの地下等に配置されるガソリン回収タンクとを接続する配管に設けられた第３開閉弁１５とを有している。なお、循環ポンプ１０の動作、第１開閉弁１３と、第２開閉弁１４と、第３開閉弁１５の開閉動作は、制御装置１６により制御される。
次に、熱源ユニット１での動作について説明する。圧縮機３で圧縮された高温・高圧のガス冷媒は凝縮器４で熱を放出し、液の状態となる。液の状態となった冷媒は絞り装置５で減圧され、低温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器６へと流れ込む。蒸発器６では、気液二相冷媒は、タンク７内のブラインから熱を吸収し、ガス冷媒となって、圧縮機３へ吸引される。なお、１７は、冷媒の流れを示している。
また、タンク内７のブラインは、蒸発器６内の冷媒に熱を供給することで冷やされ、この冷やされたブラインはポンプ８によって、ガソリン凝縮器９へ搬送される。そして、ガソリン凝縮器９内のブラインは、ベーパガソリン凝縮容器１２に存在するベーパガソリンと熱交換を行ない、ペーバガソリンから熱を吸収することで温度が上昇する。その後、このブラインは、ポンプ８により再びタンク７に送られ、冷却される。なお、１８はブラインの流れを示している。
次に、循環ユニット２での動作について説明する。
まず、第１の開閉弁１３を開き、ベーパガソリン回収用ホースが接続される上流側よりベーパガソリンが吸引され、容器１１に溜め込まれる。なお、この時、第３の開閉弁１５は閉、第２の開閉弁１４は閉状態である。次に、ベーパガソリンの吸引が完了すると、制御装置１６は、第１開閉弁１３を閉、第２開閉弁１４を開、第３開閉弁１５を閉にした後に、循環ポンプ１０を稼動させ、ベーパガソリンを循環ユニット２内で循環させる。なお、１９は、ベーパガソリンの流れを示している。この循環では、循環ポンプ１０を出たベーパガソリンは容器１１を通った後、ベーパガソリン凝縮容器１２に送られ、ベーパガソリン凝縮容器１２内で、ガソリン凝縮器９内のブラインと熱交換して冷却され、一部が液化する。なお、液化したガソリンは、ベーパガソリン凝縮容器１２の底部に溜まることになる。一方、凝縮しなかったベーパガソリンは第２開閉弁１４を通り、循環ポンプ１０に吸引された後、再び、ベーパガソリン凝縮容器１２に送られ、冷却させることとなる。なお、この循環が行なわれることで、ベーパガソリンの濃度が時間と伴に低下することになる。
その後、制御装置１６は、所定時間経過後に循環ポンプ１０の動作を停止させ、第３の開閉弁１５を開にする。すると、ベーパガソリン凝縮容器１２より液化し、下部に溜まったガソリンは、液ヘッドを利用してガソリン回収タンクに排出される。
このようにすることで、ベーパガソリンを液化し、ガソリンとして回収できることとなる。
次に、循環ポンプ１０でベーパガソリンを閉回路内で循環させる理由について説明する。ベーパガソリンを循環させると、ベーパガソリン凝縮容器１２内のガソリン凝縮器９との接触時間が長くなり、また、ある程度ガス流速が確保されているので、ベーパガソリンを循環させない場合に比較して熱伝達率を著しく向上させることができ、回収時間の低減を図り、非常に効率が良くなる。
第３図は、第２図に示すガソリン回収装置によるガソリン回収性能のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、第３図では、横軸はブラインの温度、縦軸はガソリン回収率（液化したガソリン量（ｇ）／回収したガソリン量（ｇ））を示している。この第３図からわかるように、ブラインの温度が低いほど、ガソリンの回収率は上昇する。これは、ブライン温度を低くすると、ガソリンの蒸気分圧が小さくなるからであり、例えば、ブラインの温度を−１０℃程度にすることにより、今まで大気に放出されていたガソリンの約９０％以上は回収することが可能となる。
このように、ベーパガソリンを循環ポンプ１０で循環させ、ガソリン凝縮器９にて液化することで、回収時間を大幅に削減できる。
また、熱源機に蒸気圧縮式冷凍サイクル装置を用いることで、−１０℃程度の温度帯を効率的かつ容易に得ることができるとともに、負荷変動への追従も良くできる。
さらに、熱源ユニット１の冷媒として、可燃性の無いＨＦＣ冷媒や自然冷媒を用いているので、環境への負荷を小さくできるとともに、火気厳禁のガソリンスタンドでの安全性も確保できる。
なお、第２図では、ベーパガソリンの流れ方向はガソリン凝縮容器１２の下から上にしていたが、第４図のように上か下に流す様にしても良い。このようにすれば、凝縮・液化したガソリンが下方へスムーズに流れ、ベーパガソリン凝縮の効率が良くなると伴に、ガソリン凝縮容器１２の気液分離効率も上昇する。
実施の形態２．
第５図は、実施の形態２におけるガソリン回収装置を示す構成図であり、第２図に示すガソリン回収装置の循環ユニット２のベーパガソリン凝縮容器１２と第３の開閉弁１５との間に、圧力検知手段２０を設けたものである。なお、第５図中、第２図と同じ構成、又は同等の構成には同一の符号を付し説明を省略する。
第６図は、循環ユニット内２の圧力とガソリン回収率との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。なお、第６図では、横軸は循環ユニット内の圧力、縦軸はガソリン回収率（液化したガソリン量（ｇ）／回収したガソリン量（ｇ））を示している。また、循環ユニット内２の圧力は、循環ユニット２内の容積を変化されることにより、変化させている。この第６図では、例えば、大気圧下（約１ｋｇｆ／ｃｍ^２ａｂｓ）のベーパガ

循環ユニット内２の圧力は容積が半分になったので、２（ｋｇｆ／ｃｍ^２ａｂｓ）となる。
この第６図から、循環ユニット２の圧力を高くする程、ガソリン回収率は上昇する傾向がわかる。従って、循環ユニット内２の圧力をできるだけ高くなるように、ベーパガソリンを循環ユニット内に、循環ポンプ１０で送り込めばガソリンの回収率はよくなる。
しかし、ベーパガソリンは加圧されると引火温度は低下し、その危険度は増大するため消防法により、その圧力は０．２ＭＰａ以下に規制されている。従って、本実施の形態では、圧力検知手段２０を設け、０．２ＭＰａに圧力を抑える制御を行っている。
具体的には、まず、第１の開閉弁１３は開状態、第２開閉弁１４は閉状態、第３開閉弁１５は閉状態にし、循環ポンプ１０により、循環ユニット２にベーパガソリンが送り込まれ、徐々に循環ユニット内の圧力が上昇し、ついには第１の所定圧力（０．２ＭＰａ以下）になる。制御装置１６は、圧力検知手段２０により検知した値が第１の所定値を超えることを認識すると、第１開閉弁１３を開から閉状態、第２開閉弁１４は閉から開状態、第３開閉弁１５は閉状態のままとし、循環ポンプ１０を稼動させ、ベーパガソリンを循環ユニット２内で循環させる。このように開閉弁を制御することで、所定圧力以下でベーパガソリンを循環させ、回収を行うことが可能となる。
実施の形態３．
第７図は、実施の形態３におけるガソリン回収装置を示す構成図であり、第５図に示すガソリン回収装置の循環ユニット２に、圧力検知手段２０で検出した圧力に基づき、圧力のサチュレートを判別するための演算装置２１を設けたものである。なお、第７図中、第５図と同じ構成、又は同等の構成には同一の符号を付し説明を省略する。
次に、ガソリン回収完了の判断方法を説明する。第８図は、運転時間とガソリン回収量との関係を示すグラフ、第９図は、運転時間と循環ユニット内２の圧力との関係を示グラフである。第８図では、約３分間、運転するとガソリン回収量はサチュレートし、第９図では、約３分間、運転すると循環ユニット内２の圧力もサチュレートすることから、循環ユニット内２の圧力とガソリン回収量とには相関があることが分かる。従って、圧力検知手段２０にて循環ユニット内２の圧力を検知し、圧力に変化が無くなれば回収完了と判断することができる。
この考えに基づき、ガソリン回収を行なう方法、すなわち、第１図の凝縮工程での動作につき、第１０図のフローチャートに基づき説明する。
まず、第１の開閉弁１３は閉、第２の開閉弁１４は開、第３の開閉弁１５は閉の状態で、循環ポンプ１０を始動させる（Ｓ１０）。
次に、圧力検知手段２０で、循環ユニット２内の時間ｔでの圧力Ｐ（ｔ）を検知し、演算装置２１に記憶される（Ｓ１１）。次に、予め定めた時間：Ｔ秒待ち（Ｓ１２）、循環ユニット２内の時間ｔ＋Ｔでの圧力Ｐ（ｔ＋Ｔ）を検知し（Ｓ１３）、演算装置２１にて，ΔＰ＝Ｐ（ｔ）−Ｐ（ｔ＋Ｔ）の演算を行なう（Ｓ１４）。次に、制御装置１６は、このΔＰが第２の所定値εより小さいか否かを判定する（Ｓ１５）。このＳ１５で、ΔＰがεより小さいと判定された場合には、圧力はサチュレートとしていると判断でき、制御装置１６は循環ポンプ１０の稼動を停止する（Ｓ１６）。なお、Ｓ１５で、小さくないと判定された場合には、Ｓ１１に戻る。
このような制御を行うことで、効率良くガソリンを回収できるだけではなく、安全性も十分に確保することができる。
実施の形態４．
ガソリンタンク内のベーパーガソリンは、本来は、ユーザの所有物と考えられるので、回収したガソリンと同量のガソリン、或は、回収したガソリンに見合う金額を返還することを考える必要があり、その場合には、第１１図のフローチャートに示すように、Ｓ３の次に、回収したガソリンの量を測定する回収量測定工程（Ｓ４）が必要となる。
第１２図は、この実施の形態４のガソリン回収装置を示す構成図であり、第７図のガソリン回収装置において、第３開閉弁１５の出口方向（ガソリン回収タンク側）に、ガソリン回収量を測定する流量計２２を設けたものである。
このようにすることで、ベーパガソリン凝縮容器１２よりガソリン回収タンクに排出されるガソリンの流量を測定でき、回収したガソリンに見合った分の料金を割り引く、あるいはガソリンの追加をすることができる。
なお、流量計２２の変わりに、重量計を設け、回収したガソリンの重量を測定するようにしても当然によい。
また、この流量計２２にコンピュータを接続させ、流量計２２で計測した流量に基づき自動的に返金額を計算させるようにしてもよく、また、ガソリン給油機に連動させ、自動的に計測した流量に対応するガソリンを追加給油するようにしてもよい。
実施の形態５．
第１３図は、実施の形態５におけるガソリン回収装置の構成を示す図である。このガソリン回収装置では、ブラインでベーパガソリンを冷却するのではなく、直接、冷媒でベーパガソリンを冷却する方式を採用している。
第１３図中、熱源ユニット１は、圧縮機３と、凝縮器４と、絞り装置５と、ガソリン凝縮器９とを配管接続させた閉回路を有し、冷媒としてＨＦＣ冷媒（例えばＲ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等）や自然冷媒（例えばＣＯ_２等）が用いられている。循環ユニット２は、循環ポンプ１０と、容器１１と、ベーパガソリン凝縮容器１２と、第１開閉弁１３と、第２開閉弁１４と、第３開閉弁１５とが配管接続されている。さらに、循環ポンプ１０の動作、第１開閉弁１３と、第２開閉弁１４と、第３開閉弁１５の開閉動作は、制御装置１６により制御される。
この循環ユニット２の制御や動作は、第２図に記載したものと同様である。
熱源ユニット１では、圧縮機３で圧縮された高温・高圧のガス冷媒は凝縮器４で熱を放出し、液の状態となり、その後、絞り装置５で減圧され、低温・低圧の気液二相冷媒となり、ガソリン凝縮器９へと流れ込む。ガソリン凝縮器９では、この気液二相冷媒がベーパガソリン凝縮容器１２のベーパガソリンから熱を吸収し、ガス冷媒となって、圧縮機３へ吸引される。また、ベーパガソリン凝縮容器１２のベーパガソリンは熱を奪われ、凝縮・液化する。
このように、熱源ユニット１の冷媒と、循環ユニット２のベーパーガソリンとをブラインを介さずに、直接熱交換させてもよく、このようにすることで機器構成を簡単にできる。
なお、第１３図の循環ユニット２でも、第５図に示すように圧力検出手段２０を設けて制御を行なう、第７図に示すように演算装置２１を設けて制御を行なう、第１２図に示すように流量計２２でベーパガソリンの回収量を測定するようにしても当然によい。

以上のように、この発明は、ガソリンスタンド等に設置し、車のガソリンタンクのペーバーガソリンを回収する装置として、有用である。

Claims (12)

1. 車のガソリンタンク内のベーパガソリンを吸込み、吸込んだ前記ベーパガソリンを循環させる循環回路を備えたベーパガソリン回収装置であって、前記循環回路は、ベーパガソリンを冷却する冷却媒体を有するガソリン凝縮容器と、配管とを少なくとも用いて形成されたことを特徴とするベーパガソリン回収装置。
2. 車のガソリンタンク内のベーパガソリンを吸込み、吸込んだ前記ベーパガソリンを循環させる循環回路を備えたベーパガソリン回収装置であって、前記循環回路は、前記ベーパガソリンを循環させるポンプと、前記ベーパガソリンを冷却する冷却媒体を有するガソリン凝縮容器と、配管とを少なくとも用いて形成されたことを特徴とするベーパガソリン回収装置。
3. 車のガソリンタンク内に挿入され、前記ガソリンタンク内のベーパガソリンを吸い込むペーバガソリン回収用ホースと循環回路とを接続する配管に設けられた第１の開閉弁と、前記循環回路の圧力を検知する圧力検知手段と、前記第１の開閉弁の開閉制御、及びポンプの稼動制御をする制御装置とを有し、前記制御装置は、前記第１の開閉弁を開いた後、前記圧力検知手段で検知された圧力が第１の所定値を超えた場合に、前記第１の開閉弁を閉じると共に、前記ポンプを始動させることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のベーパガソリン回収装置。
4. 第１の所定値は、０．２ＭＰａ以下であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のベーパガソリン回収装置。
5. 制御装置は、ポンプを始動した後、圧力検知手段で検知された圧力と、前記圧力の検知から所定時間経過後に、前記圧力検知手段で検知された圧力との差が第２の所定値を下回った場合に、前記ポンプを停止させることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のベーパガソリン回収装置。
6. 液化したガソリンの量を測定する測定手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載のベーパガソリン回収装置。
7. 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された前記冷媒を減圧させる絞り装置と、前記減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた第１の閉回路と、前記蒸発器を収納したタンクと、冷却媒体とを配管接続し、水または不凍液を循環させる第２の閉回路とを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載のベーパガソリン回収装置。
8. 冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された前記冷媒を減圧させる絞り装置と、前記減圧した冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えた第１の閉回路を有し、冷却媒体は前記蒸発器であることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載のベーパガソリン回収装置。
9. 冷媒は、可燃性の無いＨＦＣ冷媒あるいは自然冷媒であることを特徴とする請求の範囲第７項または第８項に記載のベーパガソリン回収装置。
10. ベーパガソリンを冷却する冷却媒体を有するガソリン凝縮容器と、配管とを少なくとも用いて形成された循環回路を使用してベーパガソリンを回収するベーパガソリン回収方法であって、
    車のガソリンタンク内のベーパガソリンを前記循環回路に吸引する吸引工程と、
    前記循環回路内で前記ベーパガソリンを循環させ、前記冷却媒体で前記ベーパガソリンを液化する凝縮工程と、
    前記循環回路から液化したガソリンを排出させる排出工程とを有することを特徴とするベーパガソリン回収方法。
11. 液化したガソリンの量を測定する回収量測定工程を有することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のベーパガソリン回収方法。
12. 吸引工程では、ベーパガソリンを所定圧力になるまで前記循環回路に吸引することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のベーパガソリン回収方法。

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